【智能家居环境检测及火灾防控系统与实现12000字（论文）】.docx

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1、智能家居环境检测及火灾防控系统与实现目录第1章结论11.1 选题背景与意义11.2 本文的研究内容与主要工作2第2章系统设计32.1 研究的需求分析32.2 功能需求分析3第3章硬件设计43.1 智能家居控制系统的设计方案43.2 主控芯片的选择103.3 智能语音控制模块H3.4 电源电路的设计123.5 时钟复位电路的设计13第4章软件设计144.1 系统软件的整体构架144.2 程序设计15第5章系统调试与分析195.1 家用电器的智能控制成功实现195.2 系统性能测试195.3 系统测试分析20第6章总结21参考文献211.1 选题背景与意义智能家居它是新型技术融合的产业，人们对它的

2、观念还没有深入到一定的程度。现在的这个时代不断进步，智能家居这种类似概念被很多人所知晓，培养了家庭用户的使用习惯，终将会成为家家户户使用的产品。智能家居的市场会很巨大，前景十分光明，智能家居在中国的发展大致分为了5个阶段：第一阶段分为1994到1999年整个行业对智能家居还只是处于一个概念性的认识，并没有引起人们的关注；第二阶段是在2000年到2005年国内已经出现了智能家居的生产产商，整个智能家居的生产体系已经形成；第三阶段是在2006到2010年由于智能家居企业过分夸大了智能家居的功能但是有并非到达了用户的需求，整个行业出现了滑坡趋势；第四阶段在2011年到2023年由于科技的进步，智能家

3、居的部分技术问题已得到合理的解决，智能家居行业开始飞速增长；第五阶段是在2023年以后，智能家居通过更多技术的支持下以及多种领域的融合下，其发展速度非常的快，直到能成为人们日常不可分割的家庭用具。智能家居也会因为科学技术的进一步发展，相关的问题能够得到技术上的解决，在日后发展上也是非常的好；接下来介绍国外智能家居的相关发展前景，对于智能家具类似概念是由位于美国的联合科技公司提出的，从此智能家具这一词已深深烙印到了人们的脑海里，不少科技发展都已奔向该领域，试图在刮起人工智能的浪潮。随着科技的发展，人工智能技术的大力发展,一些发达的国家开始从事智能家具的相关研发，使得智能家具从概念上的认知过渡到了

4、实体上的发展，各个国家在智能家居的领域上都有了各自的发展方向。比如说新加坡在1998年推出的“未来之家”就属于智能家居的一个发展方向。这些发达国家在智能家居所使用的科技技术上也是天差地别的，在智能家居实现的技术上新加坡采用的8X系统通过总线式的方式来对其智能家具进行控制，德国采用的EIB系统是通过多芯电缆来代替传统的传输线，通过传输控制指令来实现家具的智能化。1.2 本文的研究内容与主要工作本文主要设计了一个智能家居控制装置，该装置选用51系列芯片作为主控芯片，外接语音识别模块、自动控制模块，环境检测模块以及显示模块。该装置运行时主控芯片通过外接模块获取外界信息，再通过对获取的信息进行解析并反

5、馈相应的指令来控制室内各种开关的通断。本装置中主要通过语音识别模块对用户的语音指令进行采集，之后将采集到的语音模拟量转换为数字量通过串口通信发送给控制终端，控制终端通过对自己接收到的信号进行解析处理后与预设的指令进行对比识别出用户想要进行的操作并对相应的设备进行控制，设备根据所接收到的控制指令执行相应的操作。同时除了语音识别模块外，该装置还可以通过各种传感器实时采集室内环境信息，并将这些信息发送到控制终端进行解析处理，然后将采集到的信息在显示模块中显示。系统整体框图如图1-1所示。语音识别模块电源电路STM32单片机显示模块湿检模温度测块害体测块有气检模H灯制块电控模能帘块智窗模图1-1系统总

6、体框图系统设计设计智能家居系统时，要紧紧围绕着“以人为本”的中心，遵循的设计原则一般从系统的实用性、稳定性、标准兼容性、扩展性等几个方面出发：一个好的系统除了满足用户所需功能以外，还应具有系统本身的特性要求，比如系统要及时准确的测量温湿度信息，开关控制工作稳定，能检测燃气泄露情况并及时反馈给用户等。2.1 研究的需求分析需求分析是设计一个智能家居系统的初始步骤和关键环节，需求分析的准确性是系统正确设计方向的指向灯，是决定系统合理性和用户满意度的先决条件，此系统是针对那些对智能家居感兴趣的人所设计的，首先要和使用者进行沟通，了解用户想要实现的功能并记录下来，分析细节以方便后期设计。本设计从三方面

7、入手，一是系统功能需求，功能需求着重描述系统所要实现的目标，解决的是用户的实际需求，比如对家居设备进行远程操控等；一是系统非功能需求，即性能需求，三是简单概述系统的运行条件。非功能需求即是开发过程中遵守的规范及必须满足的技术指标，比如系统的相应时间、稳定性等。2.2 功能需求分析功能需求即系统所要达到的目标，智能家居系统的核心就是使人们摆脱遥控器并随时随地使用便携式移动设备控制家居设备。目前市面上的智能家居产品大多功能单一，用户和家庭之间的纽带并不牢靠，设计一个可以采集环境数据信息、实现无线通信并能自我调节的远程控制智能家居系统，让人们可以在手机上看到及时的传感器采集数据以便对家居环境变化了如

8、指掌，使家居环境更加节能环保、更加智能化。所以设计该系统时要具备以下功能：(1)数据采集模块：该模块的功能实现主要依赖于传感器来完成，多种类型的传感器采集到室内的各种环境因子，如温湿度、有害气体、光照强度、语音采集等，并将采集的数据实时上传处理器，方便用户及时查看并做好相应措施。(2)处理器模块：该模块主要负责对从传感器处得到的数据进行分析，观察室内温度是否合适、污染是否严重，有没有发生火灾的可能，并在经过信息分析后对室内家电或传感器等终端设备进行指令下发来改善室内环境，例如控制空调使室内温度不会过高或过低、当光线较为暗淡时自动调整光线亮度。(3)告警：智能家居系统要具备提醒用户危险来临的功能

9、，如果根据接收到的信息发现家中有易燃气体、浓烟或者PM值过高，都会给控制中心发送警告信息。第3章硬件设计本章节主要阐述了智能家居系统主要功能实现的硬件设计，硬件部分就如同是整个智能家居控制系统的骨骼。包括设计方案，各模块的器件选择和主控芯片的选择。3.1智能家居控制系统的设计方案(1)温湿度检测选择DHT11数字传感器。室内温湿度是住宅舒适度的重要指标，为了实时了解室内的环境变化，系统采用具有精确测控能力的DHT11数字温湿度传感器来测量室内的温湿度信息,DHT11作为温湿度一体化的复合型数字传感器，内含一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。是一款含有已校准数

10、字信号输出的传感器，它在非常精确的湿度校验室中进行校准，在检测信号的处理过程中要调用以程序形式存在OTP内存中的校准系数。为了简化系统的集成和构建，它在传输内部的数据信息时使用单线制串行接口的方式。另外，为了保证产品的稳定可靠，它使用专用的数字模块采集技术。DHTII收到一次开始信号即启动一次数据采集，若没收到开始信号，则不启动，采集后会自动回到低速模式。该产品空间占据小、能量消耗低、响应速度快、且成本低廉、测量值准确、传输距离远、不容易受到其他因素的干扰，无需额外部件且为4针单排引脚封装，方便连接。应用领域也相当广泛：空调、除湿器、医疗、汽车、家电都能看到它的身影。超高的性价比、成熟的技术使

11、其成为室内温湿度采集的最佳选择，非常适合本系统的开发。DHTII温湿度传感器模块实物图见图3.1。DHTII传感器使用3.3V电压供电，VCC引脚接电源,DATA引脚为采集到的温湿度数字量输出引脚，和CC2530的IO相连，为了使传感器稳定性更高，两个引脚中间接4.7k的上拉电阻防止干扰，NC引脚悬空，GND引脚接地。该传感器检测到室内的温湿度信息后，通过把数据通过串口传送到主控中心。图3-1温湿度检测原理图(2)气体检测选择MQ-2气体传感器。本设计在系统设计中加入气体检测模块是为了防止房屋发生火灾或煤气泄露产生有毒气体，该模块若是检测到危险情况的发生后会及时通知用户。本设计选取MQ-2气体

12、传感器作为环境中空气的检测组件来检测易燃气体来保护用户的生命财产安全，消除安全隐患。该传感器可以轻易检测到容易引发燃烧的气体，还有易对人身产生危害的气体，有效的预防了火灾的发生，比如：液化气、丙烷、氢气等，同时对天然气和其他可燃蒸汽的检测也很理想。MQ-2传感器使用在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)作为气敏材料，传感器的电导率会随着室内污染气体浓度的改变而改变，浓度越大，电导率越高，电阻值随之减小，气敏器件可以根据电阻的改变将气体浓度信号转化为与该气体浓度相对应的电信号。其检测精确、灵敏度高、成本较低、抗干扰性强，其灵敏性适合多种应用领域：家居厨房、环境保护、和一些用来探测天然气、烟

13、雾等常见气体的工业场合。在烟雾传感器MQ-2电路中，使用5V电压供电，VCC引脚接5V电压，GND引脚接地，DO引脚悬空，AO引脚数据输出端与CC2530的IO口连接。当MQ-2传感器检测到特定烟雾或者可燃气体超出规定的安全范围时，如煤气、燃气、天然气，为了安全，就会通过网络将有害气体或可燃气体浓度信息发送给协调器，再经过协调器把检测数据通过串发送至51主控中心，当其浓度数据值超过了本设计设定的范围时，51主控中心就会发出报警信号，提醒住户及时发现家庭环境异常、有危险情况发生，提前采取必要措施消除危险。表3-1气体检测选择MQ-2引脚概述管脚编号名称功能1Vcc外接33v-5v电压2GND电源

14、地3DOUT开关信号输出(。和D4AOUT模拟电压输出(3) 1D3320模块用于语音识别控制室内灯光风扇1D3320语音识别模块可以采集到两种数据结果：在程序预设的初始时间里，芯片会采集外部的声音存储到寄存器中，然后进行分析比较，最后给出判定的结果。一般这个时候，可以理解为只给芯片设置了5秒是时间去采集记录，而且，语音识别芯片在这5秒钟的时间结束后，会产生中断信息，再次请求获取时间来采集记录,这样循环多次最终将外部声音识别出来。1D3320语音识别模块通过使用VAD技术来检测识别语音。当检测到外部有声音时，开始记录数据，直到说话声音停止，开始分析声音数据，同时判断识别的结果。每个预设关键字的

15、长度不能太长，同时也不能有太多的控住语句，语句的个数要低于50个。控制命令可以设置相对不容易混淆的短语，词组，或者英文单词也可以。如果是汉字的话，则一句话不能多于10个汉子。同时，因为每个句子也是可以随便调换字的位置，就一位置，同一个系统可以在多种场合中应用。1D3320模块电路中已经配置了D/A转换器和放大电路。MIC音频信息采集、单声扬声器和咪头可以非常容易地连接到芯片的引脚。立体声耳机能发出清晰响亮的声音，最罕见的是其输出端口的功率只有20mW。并且它的状态可以被设置为休眠模式并且可以很容易地进入工作模式。语音识别原理图如图图32。图3-2语芍识别原理图(4)直流电机模拟风扇采用单片机51控制输出数据，由单片机IO口产生PWM信号，送到直流电机,直流电机通过测速电路将实时转速送回单片机，进行转速显示，从而实现对电机速度和转向的控制，达到直流电机调速的目的。采用PWM脉宽调制，改变直流风扇电机的转速。其中，PWM是主控制电路的速度控制系统：PWM是基于单片机的软件实现的，速度控制系统中PWM的使用率是重要的参数。取决与占空比的大小,修改后的值可以改变电枢端子的平均电压值：1、定宽调频法：保持不变，只改变1使周期也随之改变。2、调宽调频法：保持t不变，只改变，使周期或频率也随之改变。3、定频调宽法：保持周期T(或频率)不变，同时改变和112方法在调速时